基于機(jī)器視覺(jué)的香水瓶口徑檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳奕鍇 王 宇

（1.廣州中學(xué)，廣州 510520；2.廣東省智能制造研究所，廣州 510000）

隨著生活水平的提高，人們對(duì)生活品質(zhì)的追求越來(lái)越高，使用香水的人也越來(lái)越多。各種各樣的香水瓶也越來(lái)越多，尤其是以玻璃材質(zhì)的香水瓶最為居多。每一種玻璃香水瓶的制作加工工藝都是不一樣的，其最后的質(zhì)檢要求也是不同的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在檢測(cè)、測(cè)量應(yīng)用方面逐漸廣泛[1-4]。機(jī)器視覺(jué)測(cè)量具有非接觸性、精度高、自動(dòng)化智能水平高等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛用于許多工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域。張?zhí)鞂C(jī)器視覺(jué)應(yīng)用于彎管空間參數(shù)，在特定的測(cè)量條件下解決了大尺寸復(fù)雜彎管空間參數(shù)的問(wèn)題。王中飛利用機(jī)器視覺(jué)測(cè)量微片狀物厚度的方法，降低了測(cè)量系統(tǒng)成本，提高了測(cè)量速度。朱曉林將機(jī)器視覺(jué)用于機(jī)械零件，實(shí)現(xiàn)了一般平面曲線的測(cè)量。B M Kumar將機(jī)器視覺(jué)用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)工件的表面粗糙度。

我國(guó)對(duì)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)在線測(cè)量檢測(cè)的研究起步較晚?；趫D像處理技術(shù)，一些科研機(jī)構(gòu)和高校開展了香水瓶瓶口缺陷的檢測(cè)。但是，對(duì)于多口的玻璃香水瓶瓶口的測(cè)量檢測(cè)，涉及不多。目前的玻璃香水瓶口徑的測(cè)量檢測(cè)依然依靠人工完成，檢測(cè)效率較低，而且多口玻璃香水瓶測(cè)量檢測(cè)的誤差較大，出錯(cuò)率較高。因此，研究所設(shè)計(jì)了一種基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的玻璃香水瓶口徑檢測(cè)裝置。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)主要由兩個(gè)部分組成：硬件部分和軟件部分，兩部分之間通過(guò)千兆網(wǎng)口通信，整體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體框架圖

香水瓶觸發(fā)采集傳感器，圖像采集模塊中的工業(yè)相機(jī)開始采集香水瓶瓶口圖像，經(jīng)過(guò)一系列的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理，提取香水瓶瓶口特征，進(jìn)行測(cè)量檢測(cè)[5]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 相機(jī)與光源

系統(tǒng)的硬件主要包括PC控制端、相機(jī)、鏡頭、光源、傳感器等[6]。香水瓶瓶口為多層口且為玻璃材質(zhì)，因此工業(yè)相機(jī)選用高幀率200萬(wàn)像素工業(yè)相機(jī)，如圖2所示，以滿足香水瓶瓶口產(chǎn)線的快速識(shí)別檢測(cè)。

在光源方面，考慮到香水瓶是玻璃材質(zhì)，瓶口會(huì)反光，結(jié)合生產(chǎn)線實(shí)際使用工況，選用紅光無(wú)影光源來(lái)配合圖像采集[7]。燈珠角度45°，可以很好地抑制從香水瓶瓶口表面反射的光，同時(shí)也能避開環(huán)境光的影響，以獲得高質(zhì)量的圖像，光源如圖3所示。

圖2 工業(yè)相機(jī)

圖3 環(huán)形光源

2.2 多傳感器融合

對(duì)香水瓶瓶口尺寸測(cè)量檢測(cè)生產(chǎn)線而言，測(cè)量檢測(cè)軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性是生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的前提[8]。在香水瓶瓶口測(cè)量檢測(cè)軟件系統(tǒng)中的圖像采集部分和圖像處理部分，分別由采集觸發(fā)傳感器和圖像處理觸發(fā)傳感器來(lái)完成，各傳感器的選型及參數(shù)如表1所示。

表1 傳感器硬件選型與參數(shù)

3 系統(tǒng)軟件框架設(shè)計(jì)

3.1 軟件框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件處理流程如圖4所示，主要包括傳圖像采集部分、預(yù)處理部分、標(biāo)定測(cè)量檢測(cè)部分。傳感器觸發(fā)后，相機(jī)開始采集香水瓶瓶口圖像，香水瓶觸發(fā)位移傳感器后，圖像部分開始一系列的處理，最后由軟件對(duì)香水瓶瓶口尺寸進(jìn)行測(cè)量檢測(cè)，并顯示結(jié)果[9]。

圖4 系統(tǒng)軟件框架圖

3.2 軟件系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

軟件界面運(yùn)行于PC工控機(jī)上，采用VS環(huán)境開發(fā)。通過(guò)軟件界面可以創(chuàng)建檢測(cè)模板，設(shè)置好檢測(cè)區(qū)域參數(shù)，打開相機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像采集，進(jìn)行香水瓶產(chǎn)品的實(shí)時(shí)識(shí)別檢測(cè)，并將處理得到的結(jié)果顯示在軟件界面上，如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)軟件界面

4 試驗(yàn)與分析

在實(shí)際生產(chǎn)中，快速準(zhǔn)確地對(duì)香水瓶瓶口尺寸進(jìn)行測(cè)量檢測(cè)，是提高香水瓶產(chǎn)品檢測(cè)效率的關(guān)鍵?；跈C(jī)器視覺(jué)技術(shù)的玻璃香水瓶口徑檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)多傳感器融合技術(shù)，獲取香水瓶瓶口圖像，經(jīng)過(guò)處理分析識(shí)別軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量檢測(cè)。在相同數(shù)量、相同瓶口口徑的情況下，測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)和人工檢測(cè)同一批香水瓶瓶口尺寸時(shí)的對(duì)比結(jié)果如表2所示。

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在系統(tǒng)測(cè)量檢測(cè)100個(gè)合格香水瓶產(chǎn)品的試驗(yàn)中，分別進(jìn)行了6組試驗(yàn)，系統(tǒng)的誤檢率均在4%內(nèi)，且比較穩(wěn)定。系統(tǒng)所用時(shí)間均在250s左右，高效且穩(wěn)定?？梢?，系統(tǒng)滿足了自動(dòng)化高效的要求，且合格率高。

5 結(jié)語(yǔ)

玻璃香水瓶口徑檢測(cè)系統(tǒng)具有較好的測(cè)量檢測(cè)性，該系統(tǒng)的誤檢率均不超過(guò)4%，在誤差范圍內(nèi)系統(tǒng)所用時(shí)間均在250s左右，保證了檢測(cè)的高效性且系統(tǒng)穩(wěn)定。新的操作系統(tǒng)可以高效、高質(zhì)地測(cè)量檢測(cè)香水瓶瓶口口徑，達(dá)到了香水瓶瓶口徑測(cè)量檢測(cè)自動(dòng)化的項(xiàng)目要求，有較高的應(yīng)用推廣價(jià)值。